Rinaldo Baldini Ferroli, Direttore Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi
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ma non nulla, che introduce una limitazione intrinseca nel mi-surare contemporaneamente una posizione ed una velocità.
Questa limitazione è detta ”Principio di Indeterminazione di Hei-senberg”, da Werner Heisenberg, che lo concepì mentre era in convalescenza su di un’isola sperduta alla foce del fiume Elba.
Se di una particella si conosce con grande precisione la posi-zione e quindi appare come un corpuscolo, allora non se ne può conoscere la velocità (più propriamente l’impulso). Viceversa se si conosce con grande precisione la velocità, allora non se ne conosce la posizione e appare come un’onda, ovvero non localizzata.
L’introduzione del quanto d’azione, da parte di Max Planck, si rese necessaria perché altrimenti le leggi classiche sulle onde elettromagnetiche conducevano a conclusioni chiaramente as-surde, come l’emissione di un’energia infinita da parte di una cavità riscaldata, il così detto “corpo nero”. Il quanto d’azione è molto piccolo e quindi gli effetti del Principio di Indetermi-nazione si osservano principalmente nel mondo microscopico.
Tuttavia, in opportune condizioni, si hanno clamorose conse-guenze macroscopiche, come ad esempio la superconduttività, la superfluidità e, domani, il teletrasporto.
Questo principio sancisce il fatto che non è possibile una conos-cenza completa della realtà. Anzi tutte le realtà compatibili con il Principio di Indeterminazione coesistono e si sovrappongono.
Si evolvono secondo l’evoluzione di una quantità, detta ”fun-zione d’onda”. In termini matematici, per sovrapposi”fun-zione ov-vero interferenza si intende il fatto che le funzioni d’onda delle varie possibili realtà si sommano. Ma la probabilità associata ad ogni possibile stato è assunta, in analogia al comportamento delle onde al fine di spiegare i fatti sperimentali, essere pari al quadrato della funzione d’onda totale. Com’è noto, il quadrato della somma non è pari alla somma dei quadrati: i termini in più sono quelli che danno luogo appunto all’interferenza.
Al momento in cui avviene un’osservazione ovvero l’interazione con l’ambiente esterno, avviene il così detto “collasso della fun-zione d’onda”, e una realtà definita ed una sola si materializza.
Al riguardo vari fisici, ad esempio Eugene Wigner, sostengono la posizione estrema che in tutto ciò la mente dell’osservatore gioca un ruolo e una comprensione più profonda della MQ non potrà prescindere da una comprensione di come funziona la nos-tra stessa mente. Comunque, se non si vuole essere in connos-trad-
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dizione con i fatti sperimentali, bisogna concludere che non esiste una realtà definita, prima dell’osservazione.
Per illustrare con un esempio tutto ciò, riportiamo un classico esperimento, così detto “delle due fenditure”, che secondo Feyn-man è impossibile, assolutamente impossibile spiegare, se non secondo i dettami della MQ.
Supponiamo che delle particelle siano emesse, una alla volta, da una sorgente in direzione di un’intercapedine, sulla quale sono praticate una o più fenditure attraverso cui passano le par-ticelle per finire infine su di uno schermo, dove vengono rive-late. Ad esempio possiamo considerare degli elettroni, le par-ticelle che trasportano l’energia elettrica, emessi da un catodo e raccolti infine su di uno schermo televisivo (Fig. 1).
Supponiamo di avere una sola fenditura: ciascun elettrone che vi passa attraverso accenderà un punto dello schermo. Mano a mano che passano gli elettroni si accenderanno più punti, dis-tribuiti sullo schermo senza particolari strutture e con un mas-simo in corrispondenza alla proiezione della fenditura sullo schermo. Se però si apre una seconda opportuna fenditura si assiste ad un fenomeno totalmente inatteso: i punti accesi si ac-cumulano in alcune zone dello schermo e si diradano in altre, formando alla fine una “figura di interferenza”, come avviene per un’onda che si diffrange passando attraverso le due fenditure (Fig. 2). Tutto va come se la particella, che ci appare come un corpuscolo quando accende un punto sullo schermo, è invece delocalizzata al livello delle fenditure. In un certo senso è come se la particella si dividesse in due parti passando attraverso le due fenditure e si ricomponesse successivamente al mo-mento di colpire lo schermo. Ancora più incredibile è il fatto che, se si cerca di capire attraverso quale fenditura è passato l’elet-trone, per esempio con un elettrodo ad induzione, la figura di interferenza viene distrutta. La realtà è molteplice ed ogni ten-tativo di conoscerla la altera.
Si è supposto che l’indeterminazione intrinseca nella MQ sia do-vuta a variabili nascoste, che cambiano di volta in volta e che non si controllano. Molto tempo dopo la formulazione della MQ, negli anni ’60, John Bell ha proposto un test sperimentale in grado di decidere, anche senza conoscerle, se tali variabili esis-tono o no. Ebbene, diversi accurati esperimenti hanno dimos-trato che tali variabili non esistono ed hanno confermato in pieno le previsioni della MQ.
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Fig 1 Schema di principio dell’esperimento delle
“due fenditure”.
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Per manifestare il suo disagio Schrodinger propose un para-dosso sarcastico (alquanto lugubre per la verità): un gatto rin-chiuso in una scatola in cui è posta una sorgente radioattiva, che si disintegra casualmente secondo la MQ. Il gatto quindi sa-rebbe una sovrapposizione di gatto vivo e gatto morto, sino a che non si apre la scatola. La risposta della MQ a questo pa-radosso è, di nuovo, che non ha senso speculare su di una realtà precedente, che non è stata osservata.
Comunque, che questa “opera d’arte” ci piaccia o no, va riba-dito che la Teoria dei Quanti è stata applicata e verificata sem-pre con successo, da ormai quasi un secolo, e non ci sono a tutto oggi alternative valide, sperimentalmente verificate.
In effetti ci sarà una nuova Teoria: infatti è molto probabile che, il giorno che si riuscirà a evidenziare anche su scala microscopica gli effetti della Gravitazione Universale di Einstein, sinora visti solo su scala macroscopica, la MQ verrà sostituita da un’altra Teoria, che però verosimilmente sarà ancora più paradossale.
Fig. 2 Formazione della “figura di interferenza” con l’aumentare il numero di elettroni, che vanno a colpire lo schermo: (a) 10, (b) 200, (c) 6000, (d) 40000, (e) 140000 elettroni.
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